JPH07158410A - Single-shaft type combined cycle plant - Google Patents
Single-shaft type combined cycle plantInfo
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- JPH07158410A JPH07158410A JP30944393A JP30944393A JPH07158410A JP H07158410 A JPH07158410 A JP H07158410A JP 30944393 A JP30944393 A JP 30944393A JP 30944393 A JP30944393 A JP 30944393A JP H07158410 A JPH07158410 A JP H07158410A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン、蒸気タ
ービン及び発電機を一軸に配設した大容量の一軸型コン
バインドサイクルプラントに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-capacity single-shaft combined cycle plant in which a gas turbine, a steam turbine and a generator are arranged in a single shaft.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一軸型コンバインドサイクルプラント
は、性能及び運転性に優れた発電設備であり、最近では
ガスタービンの大容量化に伴い、更に効率向上を目指し
蒸気タービンも高温化・再熱化・大容量化してきてい
る。2. Description of the Related Art A single-shaft combined cycle plant is a power generation facility with excellent performance and operability, and recently, with the increase in capacity of gas turbines, steam turbines have become hotter and reheated with the aim of further improving efficiency. The capacity is increasing.
【０００３】図１３は、比較的小容量であり、蒸気ター
ビンは非再熱かつ主蒸気温度が低い従来の一軸型コンバ
インドサイクルプラントの軸構成の一例を示す図であっ
て、圧縮機１に直結されているガスタービン２はリジッ
ドカップリング３によって発電機４に結合されており、
その発電機４にはダイアフラムカップリング５を介して
蒸気タービン６が連結されている。そして、圧縮機１及
び蒸気タービン６の外側にスラスト軸受７が設けられて
いる。FIG. 13 is a diagram showing an example of a shaft configuration of a conventional single-shaft combined cycle plant, which has a relatively small capacity, a steam turbine is non-reheat and has a low main steam temperature, and is directly connected to the compressor 1. The gas turbine 2 is connected to a generator 4 by a rigid coupling 3,
A steam turbine 6 is connected to the generator 4 via a diaphragm coupling 5. A thrust bearing 7 is provided outside the compressor 1 and the steam turbine 6.
【０００４】ところで、このようなプラントにおいて
は、ダイアフラムカップリング５で軸方向の伸びが吸収
されるため、ガスタービン及び蒸気タービン毎にスラス
ト軸受７を有することが可能であり、軸系としては、ガ
スタービン及び蒸気タービンが互いに影響を及ぼさず、
独立した軸として設計・製作が可能である。しかも、蒸
気タービンは比較的小容量であることにより小型とな
り、低圧蒸気タービンの動翼の遠心力は小さく、かつ主
蒸気温度も高温でないことによって蒸気タービンのロー
タとしては同一機質の一本のロータで製作可能である。By the way, in such a plant, since the axial extension is absorbed by the diaphragm coupling 5, it is possible to have a thrust bearing 7 for each of the gas turbine and the steam turbine. Gas turbine and steam turbine do not affect each other,
It can be designed and manufactured as an independent axis. Moreover, since the steam turbine has a relatively small capacity, it is small in size, the centrifugal force of the moving blades of the low-pressure steam turbine is small, and the main steam temperature is not high, so that the rotor of the steam turbine has the same structure. It can be manufactured with a rotor.
【０００５】一方、近年においては、コンバインドサイ
クルプラントの熱効率を向上させるため、ガスタービン
及び蒸気タービンの大容量化、並びに蒸気タービンの再
熱化・高温化が図られており、大容量一軸型コンバイン
ドサイクルプラントとしては図１４に示すような軸構成
のものが提案されている。On the other hand, in recent years, in order to improve the thermal efficiency of a combined cycle plant, the capacity of gas turbines and steam turbines has been increased, and the steam turbines have been reheated and heated to a high temperature. A cycle plant having a shaft configuration as shown in FIG. 14 has been proposed.
【０００６】すなわち、蒸気タービンの大容量化に伴な
い、図１３で使用していたダイアフラムカップリング５
は、伝達容量から非常に長大化し、実用には騒音、風損
等の多くの問題があり、大容量一軸型コンバインドサイ
クルプラントでは、ガスタービン、蒸気タービン及び発
電機が図１３に示すようにリジットカップリング３で結
合されている。したがって、このようなものでは軸の熱
伸びを吸収することができないため、スラスト軸受７は
ガスタービンの圧縮機１の軸部１カ所のみとなる。そし
て、蒸気タービンの静止部と回転部に発生する伸び差を
最小にするため蒸気タービン６はスラスト軸受７に近い
ガスタービンの圧縮機１と発電機４との間に配置する軸
構成となっている。そして、蒸気タービン６も高圧ター
ビン６ａ及び中圧タービン６ｂと低圧タービン６ｃとに
分離され、中圧タービン６ｂから排出された排気が気筒
連絡管８を介して接続されている。That is, with the increase in capacity of the steam turbine, the diaphragm coupling 5 used in FIG.
Has a very long transmission capacity, and there are many problems in practical use such as noise and wind loss. In a large-capacity single-shaft combined cycle plant, the gas turbine, steam turbine, and generator are rigid as shown in FIG. They are connected by the coupling 3. Therefore, since such a structure cannot absorb the thermal expansion of the shaft, the thrust bearing 7 is provided only at one shaft portion of the compressor 1 of the gas turbine. The steam turbine 6 has a shaft configuration arranged between the compressor 1 and the generator 4 of the gas turbine close to the thrust bearing 7 in order to minimize the expansion difference between the stationary portion and the rotating portion of the steam turbine. There is. The steam turbine 6 is also separated into the high-pressure turbine 6a, the intermediate-pressure turbine 6b, and the low-pressure turbine 6c, and the exhaust gas discharged from the intermediate-pressure turbine 6b is connected via the cylinder connecting pipe 8.
【０００７】図１５は、上記従来の大容量一軸型コンバ
インドサイクルプラント用の蒸気タービンの一例を示す
断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of the conventional large-capacity single-shaft combined cycle plant steam turbine.
【０００８】この蒸気タービンは、大容量化によって低
圧タービン６ｃが大型化し、その動翼に発生する遠心力
が増加し、かつ高温化により高圧タービン６ａ、中圧タ
ービン６ｂでは高温強度が必要となる。In this steam turbine, the low pressure turbine 6c becomes large due to the large capacity, the centrifugal force generated in the moving blades increases, and the high pressure turbine 6a and the intermediate pressure turbine 6b require high temperature strength due to the high temperature. .
【０００９】一般に、遠心力による引張強度を増加させ
た材料は、高温場におけるクリープを代表とする高温強
度に対して低下する傾向があり、このため従来の蒸気タ
ービンは高温強度に優れた材料を用いた高中圧ロータ１
０ａと、引張強度に優れた材料を用いた低圧ロータ１０
ｂとを結合しており、通常１本のロータに対して１筒の
車室が設けられている。Generally, a material having an increased tensile strength due to centrifugal force tends to be deteriorated with respect to a high temperature strength typified by creep in a high temperature field. Therefore, the conventional steam turbine has a material excellent in high temperature strength. High and medium pressure rotor 1 used
0a and a low pressure rotor 10 using a material having excellent tensile strength
In this case, one cylinder is provided for one rotor.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
従来の大容量コンバインドサイクルプラント用蒸気ター
ビンにおいては、図１５に示すように、蒸気をシールす
るグランドシール部９が多数必要であり、高中圧タービ
ンロータ１０ａと低圧タービンロータ１０ｂを結合する
ため、その近傍に中間軸受台１１が必要となる。そのた
め、蒸気タービンの全長が増大しタービンの建屋も増大
させねばならず、発電設備としてのコストが増大する等
の問題がある。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In a conventional large capacity combined cycle plant steam turbine, as shown in FIG. 15, a large number of gland seal portions 9 for sealing steam are required, and the high-intermediate-pressure turbine rotor 10a and the low-pressure turbine rotor 10b are coupled to each other. The intermediate bearing base 11 is required in the vicinity. Therefore, the total length of the steam turbine must be increased and the building of the turbine must be increased, which causes a problem such as an increase in the cost of power generation equipment.
【００１１】さらに、蒸気グランドシール部９が多いこ
とは、タービンから漏洩する蒸気量が増加し、性能を劣
化させる要因となる。しかも、従来の蒸気タービンは２
車室以上必要であることから、中圧タービン６ｂの排気
蒸気を低圧タービン６ｃに導入するための気筒連絡管８
が必要であり、その長い気筒連絡管８を熱エネルギ・運
動エネルギを有する蒸気が通るため、その中で圧力損失
が発生しタービンの性能を劣化させる要因ともなる。ま
た、定期点検時等、蒸気タービンを分解する時には、こ
の気筒連絡管８を取り外さねばならず、作業時間が増大
し、定期点検のコストにも悪影響を及ぼす等の問題もあ
る。Further, the large number of steam gland seal portions 9 increases the amount of steam leaking from the turbine and causes deterioration of performance. Moreover, the conventional steam turbine has 2
A cylinder connecting pipe 8 for introducing the exhaust steam of the intermediate-pressure turbine 6b into the low-pressure turbine 6c because it is necessary for more than the passenger compartment.
Since steam having thermal energy and kinetic energy passes through the long cylinder connecting pipe 8, a pressure loss occurs in the long connecting pipe 8, which also causes deterioration of turbine performance. Further, when disassembling the steam turbine at the time of regular inspection, the cylinder connecting pipe 8 must be removed, which increases the work time and adversely affects the cost of regular inspection.
【００１２】本発明はこのような点に鑑み、大容量・高
温化蒸気条件における一軸型コンバインドサイクルプラ
ント用の蒸気タービンに対し、発電設備のコスト減を計
り、かつ最適な性能を発揮させ、保守性を向上させるこ
とができるようにした一軸型コンバインドサイクルプラ
ントを得ることを目的とする。In view of the above points, the present invention reduces the cost of the power generation equipment and achieves optimum performance for a steam turbine for a single-shaft combined cycle plant under large-capacity, high-temperature steam conditions and maintenance. The purpose of the present invention is to obtain a uniaxial combined cycle plant capable of improving the performance.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、ガスター
ビンと発電機の間に蒸気タービンを配置し、全ての軸を
リジットカップリングで結合し、ガスタービンのスラス
ト軸受を一軸として唯一のスラスト軸受として使用する
ようにした大容量一軸型コンバインドサイクルプラント
において、蒸気タービンの高圧タービン、中圧タービン
及び低圧タービンのロータ軸を一体化して１車軸とする
ととに、蒸気タービンの車室を一車室の構造として、低
圧部を単流化したことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, a steam turbine is arranged between a gas turbine and a generator, all shafts are connected by a rigid coupling, and a thrust bearing of the gas turbine is used as one shaft. In a large-capacity single-shaft combined cycle plant that is used as a thrust bearing, the rotor shafts of the high-pressure turbine, the intermediate-pressure turbine, and the low-pressure turbine of the steam turbine are integrated into one axle, and the interior of the steam turbine cabin is The structure of the passenger compartment is characterized in that the low-pressure part is single-flow.
【００１４】第２の発明は、蒸気タービン車室の軸方向
固定点をガスタービン側としたことを特徴とする。A second aspect of the invention is characterized in that the axial fixed point of the steam turbine casing is on the gas turbine side.
【００１５】また第３の発明は、蒸気タービン車室の低
圧部をガスタービン側に配置し、車室の低圧部に軸方向
固定点を設定したことを特徴とする。A third aspect of the invention is characterized in that the low pressure portion of the steam turbine casing is arranged on the gas turbine side, and an axial fixing point is set in the low pressure portion of the casing.
【００１６】第４の発明は、蒸気タービン車室の下半分
に、蒸気タービンに接続する全ての管を接続したことを
特徴とする。The fourth invention is characterized in that all the pipes connected to the steam turbine are connected to the lower half of the steam turbine casing.
【００１７】さらに第５の発明は、蒸気タービンの高圧
部と中低圧部とを対向流とするとともに、高圧部のロー
タシャフト部に段差を設け、上記高圧部で発生するスラ
スト力を補強するようにしたことを特徴とする。Further, in the fifth aspect of the present invention, the high pressure part and the medium and low pressure part of the steam turbine are opposed to each other, and a step is provided on the rotor shaft part of the high pressure part to reinforce the thrust force generated in the high pressure part. It is characterized by having done.
【００１８】また、第６の発明は、ガスタービン側の蒸
気タービン低圧部ジャーナル軸受を、基礎台上に設置し
たことを特徴とする。A sixth aspect of the invention is characterized in that the steam turbine low-pressure journal bearing on the gas turbine side is installed on a base.
【００１９】第７の発明は、起動時に、蒸気タービンの
回転数が所定値以上になったとき、補助蒸気を蒸気ター
ビン低圧部に供給するようにしたことを特徴とする。A seventh aspect of the invention is characterized in that the auxiliary steam is supplied to the low pressure portion of the steam turbine when the number of rotations of the steam turbine exceeds a predetermined value at the time of starting.
【００２０】[0020]
【作用】高中低圧一体ロータで蒸気タービンを構成し一
体車室とすることにより、従来の気筒連絡管が不要で、
タービン建屋も比較的小さくでき、グランド蒸気部を減
少でき、蒸気タービンの性能を向上することができる。[Operation] By constructing a steam turbine with a high-middle-low pressure integrated rotor to form an integrated vehicle interior, the conventional cylinder connecting pipe is unnecessary,
The turbine building can also be made relatively small, the gland steam part can be reduced, and the performance of the steam turbine can be improved.
【００２１】また、タービン車室の固定点を特定点とす
ることにより蒸気タービン部に発生する伸び差を小さく
し、性能アップを図ることができる。さらに蒸気管全て
を下半に接続した場合には、定期点検時に上半を開放す
る際取り外す蒸気管が皆無となり、定期点検工程作業時
間の節約を可能とする。Further, by setting the fixed point of the turbine casing as the specific point, it is possible to reduce the difference in expansion occurring in the steam turbine section and improve the performance. Furthermore, if all the steam pipes are connected to the lower half, there will be no steam pipes to remove when opening the upper half during periodic inspections, which will save work time during the periodic inspection process.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２３】図１は本発明の大容量・再熱型一車軸・一
車室の蒸気タービン６を用いた一軸型コンバインドサイ
クルプラントの軸構成を示す図であって、圧縮機１の一
側にはガスタービン２が連結され、他端にはスラスト軸
受７及びリジットカップリング３を介して蒸気タービン
６が連結され、この蒸気タービン６にはさらにリジット
カップリング３を介して発電機４が連結されている。FIG. 1 is a diagram showing a shaft configuration of a single-shaft combined cycle plant using a large capacity, reheat type single-axle, single-chamber steam turbine 6 of the present invention. Is connected to the gas turbine 2, and the other end is connected to the steam turbine 6 via the thrust bearing 7 and the rigid coupling 3, and the steam turbine 6 is further connected to the generator 4 via the rigid coupling 3. ing.
【００２４】上記蒸気タービン６は、大容量・再熱型一
車軸・一車室のタービンであって、高圧タービン６ａ、
中圧タービン６ｂ、及び低圧タービン６ｃによって構成
され、各タービンのロータ軸は一本の軸により一体化さ
れており、車室も一体的に形成されている。The steam turbine 6 is a high-capacity, reheat type, single-axle, single-chamber turbine, and comprises a high-pressure turbine 6a,
The turbine shaft is composed of a medium-pressure turbine 6b and a low-pressure turbine 6c. The rotor shaft of each turbine is integrated by one shaft, and the passenger compartment is also formed integrally.
【００２５】ところで、蒸気タービン６においては、高
圧タービン６ａに対して中圧タービン６ｂ及び低圧ター
ビン６ｃが対向流としてあり、低圧タービン６ｃが圧縮
機１側に配設してあって、蒸気タービン車室の低圧側が
軸方向固定点２０としてある。なお、図中２１は軸方向
に摺動可能状態を示す。In the steam turbine 6, the medium pressure turbine 6b and the low pressure turbine 6c are opposed to the high pressure turbine 6a, and the low pressure turbine 6c is arranged on the compressor 1 side. The low pressure side of the chamber is the axial fixed point 20. Incidentally, reference numeral 21 in the figure indicates a state in which it can slide in the axial direction.
【００２６】図２は本発明の他の実施例における軸構成
を示す図であって、高圧タービン６ａが圧縮機１側に配
設されており、車室の高圧側が軸方向固定点２０として
ある。FIG. 2 is a diagram showing a shaft structure in another embodiment of the present invention, in which the high pressure turbine 6a is arranged on the compressor 1 side, and the high pressure side of the passenger compartment is an axial fixing point 20. .
【００２７】図３は、上記高圧タービン６ａ、中圧ター
ビン６ｂ及び低圧タービン６ｃのロータ軸２２を一体化
した蒸気タービンの縦断面図であって、車室も一筒の高
中低圧一体車室２３によって構成されており、図１５に
示す気筒連絡管８が省略され、車室２３にはその下半部
に、主蒸気管２４、低温再熱蒸気管２５、高温再熱蒸気
管２６及び低圧挿入蒸気管２７が接続されている。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a steam turbine in which the rotor shaft 22 of the high pressure turbine 6a, the intermediate pressure turbine 6b and the low pressure turbine 6c are integrated. 15 is omitted, and the main steam pipe 24, the low-temperature reheat steam pipe 25, the high-temperature reheat steam pipe 26, and the low-pressure insertion are provided in the lower half of the passenger compartment 23 in the passenger compartment 23. The steam pipe 27 is connected.
【００２８】ところで、コンバインドサイクルプラント
用蒸気タービンは従来汽力の蒸気タービンと異なり、途
中給水加熱器への抽気がなく、かつ排熱回収ボイラによ
って途中から蒸気が挿入されるため、蒸気重量流量は低
圧へ行く程増大し、それに伴ない蒸気体積流量は飛躍的
に増大する。このため、高温場である高圧タービン６ａ
及び中圧タービン６ｂの回転翼は、その部分における蒸
気の比容積が小さく、重量流量及び体積流量が少ないた
め比較的短くなり、大きな遠心力は生じない。しかし、
低圧タービンでは上述のように体積流量が飛躍的に増大
するため、回転翼が長大化し、低温場ではあるが大きな
遠心力を発生する。By the way, the steam turbine for a combined cycle plant is different from a conventional steam turbine in that there is no bleeding to the feed water heater on the way, and the steam is inserted from the middle by the exhaust heat recovery boiler. Therefore, the steam weight flow rate is low. As it goes to, the vapor volumetric flow rate increases dramatically. Therefore, the high pressure turbine 6a, which is a high temperature field,
Further, the rotary blade of the intermediate pressure turbine 6b has a small specific volume of steam in that portion, and has a small weight flow rate and a small volume flow rate, so that it is relatively short, and a large centrifugal force does not occur. But,
In the low-pressure turbine, the volumetric flow rate dramatically increases as described above, so that the rotor blades become large and a large centrifugal force is generated even in a low temperature field.
【００２９】このようなことから、高温部の遠心力によ
る引張応力が小さい部位では高温強度が増加し、低温部
では高遠心力に耐える引張強度を増すような高中低圧一
体用ロータ材を採用することが有効である。For this reason, it is necessary to adopt a rotor material for high, medium and low pressure integral which increases the high temperature strength in a portion where the tensile stress due to the centrifugal force in the high temperature portion is small and increases the tensile strength which can withstand the high centrifugal force in the low temperature portion. Is effective.
【００３０】また、蒸気タービンを図３に示すように構
成することにより、グランドシール部９も３個所でよ
く、図１５に示す従来機と比較して２個所削減でき、中
間軸受台１１も不要となり、蒸気タービン６の全長を大
幅に短縮することができる。特に、一軸型コンバインド
サイクルプラントにおいては、通常クレーンスパンが軸
全長によって決定されるため、蒸気タービンの全長が短
くなることは、発電設備特にタービン建屋のコストダウ
ンを行なうことができる。Further, by constructing the steam turbine as shown in FIG. 3, the gland seal portion 9 may be provided at three places, two places can be reduced as compared with the conventional machine shown in FIG. 15, and the intermediate bearing base 11 is unnecessary. Therefore, the total length of the steam turbine 6 can be significantly shortened. In particular, in a single-shaft combined cycle plant, the crane span is usually determined by the total length of the shaft, so that shortening the total length of the steam turbine can reduce the cost of the power generation equipment, especially the turbine building.
【００３１】また、グランドシール部９の減少は、蒸気
タービンからの漏洩蒸気が減少するため、性能を向上さ
せる要因となり、さらに一筒の車室及び低圧タービンの
単純化により、気筒連絡管が不要となるため、当該部に
おける圧力損失がなくなり、蒸気タービンの性能を向上
させることができる。Further, the reduction of the gland seal portion 9 reduces the leaked steam from the steam turbine, which is a factor for improving the performance. Further, the cylinder connecting pipe is not required due to the simplification of the one-cylinder casing and the low-pressure turbine. Therefore, there is no pressure loss in that portion, and the performance of the steam turbine can be improved.
【００３２】圧縮機１は、他の機器に比べ運転時に発生
する静止部（車室等）と回転部（ロータ等）の伸び差を
最も小さくする必要があるため、ガスタービン軸の圧縮
機１の近傍にスラスト軸受７を設置するが、蒸気タービ
ンについては、伸び差が大きくなった場合に運転に支障
をきたさぬように設計することはできるが、蒸気をシー
ルするパッキン数が減少するためその分性能が低下す
る。Since the compressor 1 needs to minimize the difference in expansion between the stationary portion (cabin, etc.) and the rotating portion (rotor, etc.), which occurs during operation, as compared with other devices, the compressor 1 for the gas turbine shaft 1 Although the thrust bearing 7 is installed in the vicinity of the steam turbine, the steam turbine can be designed so as not to hinder the operation when the difference in expansion becomes large, but the number of packings for sealing the steam is reduced, Performance will decrease.
【００３３】したがって、高中低圧一体型蒸気タービン
を用いた一軸型コンバインドサイクルプラントにおい
て、蒸気タービン部に発生する伸び差を最小にすること
が性能上要望される。Therefore, in a single-shaft combined cycle plant using a high-middle-low pressure integrated steam turbine, it is required in terms of performance to minimize the difference in elongation generated in the steam turbine section.
【００３４】本発明は、このようなことから蒸気タービ
ンの軸方向固定点２０がスラスト軸受７に最も近い圧縮
機１側に設定されている。In the present invention, therefore, the axial fixed point 20 of the steam turbine is set on the side of the compressor 1 closest to the thrust bearing 7.
【００３５】すなわち、蒸気タービンのロータにおいて
は、圧縮機１の近傍に設けられているスラスト軸受７を
原点として運転時には熱膨脹による伸びｌr が圧縮機１
と反対方向に発生する。That is, in the rotor of the steam turbine, when the thrust bearing 7 provided near the compressor 1 is used as an origin, the expansion lr due to thermal expansion is generated during the operation.
And occurs in the opposite direction.
【００３６】しかして、図４に示すように、スラスト軸
受７から最も離れた復水器が接続する低圧タービン６ｃ
に軸方向固定点２０を設けた場合、蒸気タービン６の車
室の熱膨脹による伸びｌc は図において左側すなわち圧
縮機方向となる。このため蒸気タービン内部では、静止
部と固定部が相反する方向に延び、伸び差ｌe は図４の
一点鎖線に示すように大きなものとなる。Therefore, as shown in FIG. 4, the low pressure turbine 6c to which the condenser farthest from the thrust bearing 7 is connected.
When the axial fixed point 20 is provided in the vehicle, the expansion lc due to the thermal expansion of the passenger compartment of the steam turbine 6 is on the left side in the figure, that is, toward the compressor. Therefore, inside the steam turbine, the stationary portion and the fixed portion extend in opposite directions, and the difference in elongation le becomes large as shown by the alternate long and short dash line in FIG.
【００３７】そこで、本発明においては、図１及び図２
に示すように蒸気タービンの軸方向固定点２０をすラス
ト軸受７に最も近い低圧タービン６ｃ或いは高圧タービ
ン６ａの圧縮機１側としてある。したがって、この場合
図５及び図６に示すように、蒸気タービン６の車室の伸
びｌc は図においてそれぞれ右側となり、ロータの伸び
ｌr と同一方向になって、発生する伸び差ｌe は格段に
小さくなり、パッキン数を増加することができて性能を
向上させることができる。Therefore, in the present invention, FIG. 1 and FIG.
As shown in FIG. 5, the axial fixed point 20 of the steam turbine is on the compressor 1 side of the low pressure turbine 6c or the high pressure turbine 6a closest to the last bearing 7. Therefore, in this case, as shown in FIGS. 5 and 6, the expansion lc of the passenger compartment of the steam turbine 6 is on the right side in the drawings, respectively, and the expansion is in the same direction as the expansion lr of the rotor, and the difference in expansion le generated is significantly small. Therefore, the number of packings can be increased and the performance can be improved.
【００３８】ところで、蒸気タービンは低圧になれば体
積流量の増加により低圧車室は大型化し、一般に溶接鋼
板構造となる。したがって、運転時の移動量が大きい場
合は、溶接鋼板構造の巨大な低圧車室を摺動させねばな
らず、復水器の接続部も移動するため、構造上・強度上
問題となる場合がある。そこで、図１及び図５に示すよ
うに特に低圧タービン６ｃを圧縮機１側とし、軸方向の
固定点２０を低圧タービン側とした場合には、上記問題
は解消される。By the way, when the steam turbine has a low pressure, the volumetric flow rate increases, so that the low-pressure casing becomes large in size, and generally has a welded steel plate structure. Therefore, if the amount of movement during operation is large, the huge low-pressure casing of the welded steel plate structure must be slid, and the connection part of the condenser also moves, which may cause structural and strength problems. is there. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 5, when the low pressure turbine 6c is on the compressor 1 side and the axial fixed point 20 is on the low pressure turbine side, the above problem is solved.
【００３９】一方、上記タービン６は一車室化すること
により、図３に示すように気筒連絡管９が不要となり、
一軸型コンバインドサイクルプラント用の蒸気タービン
には抽気がないことから、接続するグランド蒸気管以外
の蒸気管は再熱型としても主蒸気管２４、低温再熱蒸気
管２５、高温再熱蒸気管２６及び低圧挿入蒸気管２７の
４系統にすぎない。特に、コンバインドサイクルプラン
ト用の蒸気タービンでは、主蒸気の体積流量が少ないこ
とから、蒸気タービンの主蒸気の挿入方法を半周以下と
して初段翼長を増加させた方が、２次流れが減少し性能
上有利となることから、本発明においてはこれらの蒸気
管全てが車室の下半に接続されている。On the other hand, since the turbine 6 has a single passenger compartment, the cylinder connecting pipe 9 becomes unnecessary as shown in FIG.
Since there is no extraction of steam in the steam turbine for a single-shaft combined cycle plant, steam pipes other than the ground steam pipe to be connected are reheat type main steam pipe 24, low temperature reheat steam pipe 25, high temperature reheat steam pipe 26. And low pressure insertion steam pipe 27. In particular, in a steam turbine for a combined cycle plant, the volume flow of main steam is small, so it is better to increase the first stage blade length by setting the main steam insertion method of the steam turbine to half or less, and the secondary flow will decrease. Due to the above advantages, all of these steam pipes are connected to the lower half of the vehicle compartment in the present invention.
【００４０】しかも、蒸気タービン６がガスタービンと
発電機間に配設され、発電機は一端部にあるため、その
ロータは蒸気タービンを除外しなくても引き抜き可能で
ある。したがって、上述のように蒸気管を全て車室の下
半部に接続することによって、定期点検時に上半を開放
する際、取り外す蒸気管が皆無となり、定期点検工程、
作業時間の節約を行なうことができる。Moreover, since the steam turbine 6 is arranged between the gas turbine and the generator, and the generator is at one end, the rotor can be pulled out without excluding the steam turbine. Therefore, by connecting all the steam pipes to the lower half of the vehicle compartment as described above, when opening the upper half during regular inspection, there is no steam pipe to remove, and the regular inspection process,
Work time can be saved.
【００４１】図７は本発明における他の実施例であっ
て、蒸気タービン６のロータ軸２２には、その高圧ター
ビン部に段差が設けられている。すなわち、図７に示す
ように、ロータ軸２２の高圧タービン部においては、主
蒸気管２４に近い部分において下流側の径Ｄ2 より小さ
い外径Ｄ1 としてある。したがって、段差部の上流側の
圧力をＰ1 、下流側の圧力をＰ2 とすると、 （Ｐ1 −Ｐ2 ）×π／４×（Ｄ2 2 −Ｄ1 2 ） なるスラスト力が蒸気の流れ方向に加わる。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which the rotor shaft 22 of the steam turbine 6 is provided with a step in the high pressure turbine portion thereof. That is, as shown in FIG. 7, in the high-pressure turbine portion of the rotor shaft 22, the outer diameter D 1 is smaller than the diameter D 2 on the downstream side in the portion close to the main steam pipe 24. Therefore, if the pressure on the upstream side of the step portion is P 1 and the pressure on the downstream side is P 2 , the thrust force of (P 1 −P 2 ) × π / 4 × (D 2 2 −D 1 2 ) is Join in the flow direction.
【００４２】そのため、図８に示すように、中圧タービ
ン６ｂ及び低圧タービン６ｃと対向的に配設されている
高圧タービン６ａに対して、その高圧タービン６ａのス
ラスト力が増強され、蒸気タービン全体のスラスト力が
ほぼ０となる。したがって、一軸型のコンバインドサイ
クルプラントにおいては、ガスタービンのスラスト力が
支配的となり、スラスト軸受は蒸気タービンの仕様に関
係なくガスタービンの仕様によって決定される。すなわ
ち、ガスタービンと発電機のみのシンプルサイクルで
も、ガスタービン、蒸気タービン、発電機を組合せた一
軸型コンバインドサイクルでも同一のスラスト軸受が使
用でき、プラントのコストダウンを図ることができる。Therefore, as shown in FIG. 8, the thrust force of the high-pressure turbine 6a is increased with respect to the high-pressure turbine 6a which is arranged opposite to the intermediate-pressure turbine 6b and the low-pressure turbine 6c, and the entire steam turbine is The thrust force is almost zero. Therefore, in the single-shaft combined cycle plant, the thrust force of the gas turbine is dominant, and the thrust bearing is determined by the specifications of the gas turbine regardless of the specifications of the steam turbine. That is, the same thrust bearing can be used in a simple cycle with only a gas turbine and a generator, or with a single-shaft combined cycle in which a gas turbine, a steam turbine, and a generator are combined, and the cost of the plant can be reduced.
【００４３】また、一軸型コンバインドサイクルプラン
トにおいて、図１のような配置すると、低圧タービン６
ｃが圧縮機１と隣合う形となる。しかして、低圧タービ
ン６ｃに設置するジャーナル軸受３０は、通常軸受間距
離、蒸気タービンの全長を短くするため、低圧タービン
の車室のコーン部３１に設置することが行われている。
一方、低圧タービン６ｃの車室は運転時に真空荷重を受
けるため、図９は破線のように変形し、これによりジャ
ーナル軸受３０もこの変形によって軸心が変化する。In the single-shaft combined cycle plant, when arranged as shown in FIG.
The c is adjacent to the compressor 1. Therefore, the journal bearing 30 installed in the low-pressure turbine 6c is usually installed in the cone portion 31 of the passenger compartment of the low-pressure turbine in order to reduce the distance between the bearings and the total length of the steam turbine.
On the other hand, since the vehicle interior of the low-pressure turbine 6c receives a vacuum load during operation, it deforms as shown by the broken line in FIG. 9, which causes the journal bearing 30 to change its axial center.
【００４４】特に、一軸型コンバインドサイクルプラン
トにおいては、基礎上面からのガスタービン軸心までの
距離が大きいことから、ガスタービンの軸心変化量も蒸
気タービンに比べ、大きくなる可能性がある。このた
め、ガスタービンと隣合う軸受を上記のように低圧ター
ビンの車室コーン部３１には設置すると、ガスタービ
ン、蒸気タービン間の軸心変化量が増加し、軸受荷重が
大きく変化し不安定な運転につながる可能性もある。In particular, in a single-shaft combined cycle plant, the distance from the upper surface of the foundation to the center of the gas turbine is large, so the amount of change in the center of the gas turbine may be larger than that of the steam turbine. Therefore, if a bearing adjacent to the gas turbine is installed in the casing cone portion 31 of the low-pressure turbine as described above, the amount of change in the axial center between the gas turbine and the steam turbine increases, and the bearing load changes greatly, resulting in instability. There is also a possibility that it will lead to dangerous driving.
【００４５】そこで、本発明においては、図１０に示す
ように、蒸気タービンの低圧側でガスタービンロータ１
ａと結合する場合、基礎台３２上に蒸気タービンのジャ
ーナル軸受３０が設置されている。しかして、運転中の
車室コーン部３１の変形にかかわらず、蒸気タービンの
軸心位置が変化せず、ガスタービンロータ１ａと蒸気タ
ービンのロータ軸２２の軸心変化量を小さくすることが
でき、運転安定性を向上できる。Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 10, the gas turbine rotor 1 is provided on the low pressure side of the steam turbine.
When combined with a, the journal bearing 30 of the steam turbine is installed on the base 32. Therefore, regardless of the deformation of the vehicle interior cone portion 31 during operation, the axial center position of the steam turbine does not change, and the axial center change amount of the gas turbine rotor 1a and the steam turbine rotor shaft 22 can be reduced. The driving stability can be improved.
【００４６】大容量一軸型コンバインドサイクルプラン
トの起動に関しては、ガスタービンで点火し駆動力が自
立するまでその起動力を確保するために蒸気タービンの
ロータ軸２２の端部に起動モータが設けられている。ま
た、蒸気タービンはガスタービンが自立し、排熱回収ボ
イラがガスタービンの排気ガスにより蒸気を発生できる
まで空回しの状態になる。したがって、特に長翼を有す
る低圧タービンにおいては風損量が増大し、温度が上昇
する。このため、一軸型コンバインドサイクルでは、通
常起動時には空回し防止用としてクーリング蒸気を低圧
タービン６ｃに挿入し加熱防止を行っている。このよう
に排熱回収ボイラの自立前にクーリング蒸気が必要であ
るためプラント毎に補助蒸気源を有している。Regarding the start-up of a large capacity single-shaft combined cycle plant, a start-up motor is provided at the end of the rotor shaft 22 of the steam turbine in order to secure the start-up force until ignition by the gas turbine and the driving force becomes independent. There is. Further, the steam turbine is in an idle state until the gas turbine is self-sustaining and the exhaust heat recovery boiler can generate steam by the exhaust gas of the gas turbine. Therefore, particularly in a low-pressure turbine having long blades, the amount of windage loss increases and the temperature rises. For this reason, in the single-shaft combined cycle, cooling steam is inserted into the low-pressure turbine 6c to prevent idling during normal startup to prevent heating. As described above, cooling steam is required before the heat recovery steam generator is self-sustaining, and therefore each plant has an auxiliary steam source.
【００４７】コンバインドサイクルの大容量化に伴ない
軸の慣性モーメントも増加することから、起動装置の容
量もそれに見合う出力が必要であり、蒸気起動モータの
みで軸を起動する場合には、図１１に示すように起動ト
ルクＴs に対し、軸トルクＴa が得られる出力を有する
起動装置を準備する必要がある。また、図１１に示すよ
うに、必要起動トルクＴs と起動装置の出力トルクＴa
の差が最も小さく、厳しい条件になるのは７０％回転数
近傍であり、かつ風損が増大し、クーリングが必要とな
る回転数は５０％以上である。Since the moment of inertia of the shaft also increases with the increase in capacity of the combined cycle, the capacity of the starter must have an output corresponding to it, and when starting the shaft only with the steam start motor, FIG. As shown in (1), it is necessary to prepare a starter having an output capable of obtaining the axial torque Ta with respect to the starting torque Ts. Further, as shown in FIG. 11, the required starting torque Ts and the output torque Ta of the starting device are
The difference is the smallest and the severe condition is around 70% rotation speed, and the wind loss increases, and the rotation speed at which cooling is required is 50% or more.
【００４８】本発明はこのような点から、図１２に示す
ように、５０％回転数以上で、蒸気タービンにある程度
仕事（蒸気タービン出力トルクＴc ）をさせるだけのク
ーリング蒸気を挿入するようにしてある。From this point of view, the present invention, as shown in FIG. 12, inserts cooling steam sufficient to cause the steam turbine to do some work (steam turbine output torque Tc) at a rotation speed of 50% or more. is there.
【００４９】したがって、起動モータの出力トルクを、
上記蒸気タービンのクーリング蒸気の出力によって図１
２に示すようにＴb まで減じたものとすることができ、
起動装置の小形化が可能で、発電設備のコストダウンを
図ることができる。Therefore, the output torque of the starting motor is
According to the output of the cooling steam of the steam turbine, FIG.
As shown in 2, it can be reduced to Tb,
The starter can be downsized, and the cost of power generation equipment can be reduced.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
蒸気タービンの高圧タービン、中圧タービン及び低圧タ
ービンのロータ軸を一体化して１車軸とするとともに、
蒸気タービンの車軸を一車軸の構造として低圧部を単流
化したので、蒸気タービン全長を大幅に短縮でき、ター
ビン建屋のコストダウンを図ることができ、グランドシ
ール部を減少でき、蒸気タービンの漏洩蒸気を減少させ
ることができて、しかも気筒連絡管の不要に伴ない当該
部の圧力損失をなくし、性能を向上させることができ
る。As described above, in the present invention, the rotor shafts of the high pressure turbine, the intermediate pressure turbine and the low pressure turbine of the steam turbine are integrated into one axle, and
Since the axle of the steam turbine is a single-axle structure and the low-pressure part is single-flow, the overall length of the steam turbine can be significantly shortened, the cost of the turbine building can be reduced, the gland seal part can be reduced, and the steam turbine leakage can be reduced. It is possible to reduce the amount of steam, and also to eliminate the pressure loss in the relevant portion accompanying the unnecessary use of the cylinder connecting pipe, thus improving the performance.
【００５１】また、蒸気タービンの軸方向固定点をスラ
スト軸受に最も近い所にすることによって、車室及びロ
ータ軸間の伸び差を小さくすることができ、パッキン数
を増加することができて、性能を向上させることができ
る。Further, by making the axial fixed point of the steam turbine closest to the thrust bearing, it is possible to reduce the difference in elongation between the casing and the rotor shaft, and it is possible to increase the number of packings. The performance can be improved.
【００５２】さらに、蒸気タービン車室の下半部に蒸気
タービンに接続する全ての管を接続した場合には、定期
点検時に上半を開放する際、取り外す蒸気管がなくな
り、定期点検工程、作業時間を短縮できる。Further, when all the pipes connected to the steam turbine are connected to the lower half of the steam turbine casing, the steam pipes to be removed are eliminated when the upper half is opened during the periodic inspection, and the periodic inspection process and work are performed. You can save time.
【００５３】高圧部のロータシャフト部に段差を設け、
高圧部で発生するスラスト力を補強するようにした場合
には、蒸気タービン全体のスラストをほぼ０にすること
ができ、スラスト軸受をガスタービンの仕様によって決
定することができ、簡単化できる。また蒸気タービン低
圧部ジャーナル軸受を基板台上に設置することによって
ガスタービンロータを蒸気タービンロータの軸心変化量
を小さくでき、運転安定性を向上できる。A step is provided on the rotor shaft portion of the high pressure portion,
When the thrust force generated in the high pressure portion is reinforced, the thrust of the entire steam turbine can be made almost zero, and the thrust bearing can be determined according to the specifications of the gas turbine, which can be simplified. Further, by installing the journal bearing of the steam turbine low-pressure section on the substrate table, it is possible to reduce the amount of change in the axial center of the steam turbine rotor of the gas turbine rotor and improve the operational stability.
【００５４】さらに、起動時の所定回転数特に蒸気ター
ビン低圧部に補助蒸気を供給するようにしたものにおい
ては、起動装置の小型化が可能で、発電設備のコストダ
ウンを図ることができる。Further, in the case where the auxiliary steam is supplied to the predetermined number of revolutions at the time of starting, particularly to the low pressure part of the steam turbine, the starting device can be downsized and the cost of the power generation equipment can be reduced.
【図１】一軸型コンバインドサイクルプラントの軸構成
を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a shaft configuration of a single-shaft combined cycle plant.
【図２】他の一軸型コンバインドサイクルプラントの軸
構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a shaft configuration of another one-shaft combined cycle plant.
【図３】本発明における蒸気タービン部の縦断面図。FIG. 3 is a vertical sectional view of a steam turbine unit according to the present invention.
【図４】従来の装置における蒸気タービン部の車室とロ
ータ軸間の伸び差説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an expansion difference between a casing of a steam turbine unit and a rotor shaft in a conventional device.
【図５】本発明の蒸気タービン部の車軸とロータ軸間の
伸び差説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of an expansion difference between the axle and the rotor shaft of the steam turbine unit of the present invention.
【図６】本発明の他の例における蒸気タービン部の車室
とロータ軸間の伸び差説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an expansion difference between a casing of a steam turbine unit and a rotor shaft in another example of the present invention.
【図７】本発明の一実施例における蒸気タービンの高圧
タービン部の縦断面図。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a high pressure turbine section of a steam turbine according to an embodiment of the present invention.
【図８】蒸気タービンのスラスト力説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of thrust force of the steam turbine.
【図９】低圧タービンに設置するジャーナル軸受の支持
部の一例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing an example of a support portion of a journal bearing installed in a low pressure turbine.
【図１０】本発明におけるジャーナル軸受の支持部を示
す図。FIG. 10 is a view showing a support portion of a journal bearing according to the present invention.
【図１１】起動モータの出力トルクを必要起動トルクの
関係を示す線図。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the output torque of the starting motor and the required starting torque.
【図１２】クーリング蒸気を使用した場合の起動モータ
の出力の変化を説明する線図。FIG. 12 is a diagram illustrating a change in output of a starting motor when cooling steam is used.
【図１３】従来の一軸型コンバインドサイクルプラント
の軸構成の一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a shaft configuration of a conventional single-shaft combined cycle plant.
【図１４】従来の一軸型コンバインドサイクルプラント
の軸構成の他の例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing another example of a shaft configuration of a conventional single-shaft combined cycle plant.
【図１５】大容量一軸型コンバインドサイクルプラント
用蒸気タービンの一例を示す断面図。FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of a steam turbine for a large-capacity single-shaft combined cycle plant.
１ 圧縮気 ２ ガスタービン ４ 発電機 ６ 蒸気タービン ６ａ 高圧タービン ６ｂ 中圧タービン ６ｃ 低圧タービン ７ スラスト軸受 ８ 気筒連絡管 ９ グランドシール部 １１ 中間軸受台 ２０ 軸方向固定点 ２２ ロータ軸 ２３ 車室 ２４ 主蒸気管 ２５ 低温再熱蒸気管 ２６ 高温再熱蒸気管 ２７ 低圧挿入蒸気管 ３０ ジャーナル軸受 1 Compressed Gas 2 Gas Turbine 4 Generator 6 Steam Turbine 6a High Pressure Turbine 6b Medium Pressure Turbine 6c Low Pressure Turbine 7 Thrust Bearing 8 Cylinder Connecting Pipe 9 Ground Seal Part 11 Intermediate Bearing Stand 20 Axial Fixed Point 22 Rotor Shaft 23 Cabin 24 Main Steam pipe 25 Low temperature reheat steam pipe 26 High temperature reheat steam pipe 27 Low pressure insertion steam pipe 30 Journal bearing
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｋ 7/18 Ｃ 23/16 Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｅ 7526−3Ｌ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location F01K 7/18 C 23/16 F22B 1/18 E 7526-3L
Claims (7)
を配置し、全ての軸をリジットカップリングで結合し、
ガスタービンのスラスト軸受を一軸として唯一のスラス
ト軸受として使用するようにした大容量一軸型コンバイ
ンドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンの高圧タ
ービン、中圧タービン及び低圧タービンのロータ軸を一
体化して１車軸とするととに、蒸気タービンの車室を一
車室の構造として、低圧部を単流化したことを特徴とす
る、一軸型コンバインドサイクルプラント。1. A steam turbine is arranged between a gas turbine and a generator, and all shafts are connected by a rigid coupling.
In a large-capacity single-shaft combined cycle plant in which the thrust bearing of the gas turbine is used as the sole thrust bearing, assuming that the rotor shafts of the steam turbine high-pressure turbine, medium-pressure turbine, and low-pressure turbine are integrated into one axle. In addition, the single-shaft combined cycle plant is characterized in that the interior of the steam turbine has a single-chamber structure and the low-pressure section is made into a single flow.
ービン側としたことを特徴とする、請求項１記載の一軸
型コンバインドサイクルプラント。2. The single-shaft combined cycle plant according to claim 1, wherein the axial fixed point of the steam turbine casing is on the gas turbine side.
側に配置し、車室の低圧部に軸方向固定点を設定したこ
とを特徴とする、請求項１記載の一軸型コンバインドサ
イクルプラント。3. The single-shaft combined cycle plant according to claim 1, wherein the low-pressure portion of the steam turbine casing is arranged on the gas turbine side, and an axial fixed point is set in the low-pressure portion of the casing.
ンに接続する全ての管を接続したことを特徴とする、請
求項１記載の一軸型コンバインドサイクルプラント。4. The single-shaft combined cycle plant according to claim 1, wherein all the pipes connected to the steam turbine are connected to the lower half of the steam turbine casing.
流とするとともに、高圧部のロータシャフト部に段差を
設け、上記高圧部で発生するスラスト力を強するように
したことを特徴とする、請求項１記載の一軸型コンバイ
ンドサイクルプラント。5. A high-pressure portion and a medium-low pressure portion of the steam turbine are opposed to each other, and a step is provided on a rotor shaft portion of the high-pressure portion so that thrust force generated in the high-pressure portion is strengthened. The uniaxial combined cycle plant according to claim 1.
ーナル軸受を、基礎台上に設置したことを特徴とする、
請求項３記載の一軸型コンバインドサイクルプラント。6. A steam turbine low pressure journal bearing on the gas turbine side is installed on a foundation stand.
The uniaxial type combined cycle plant according to claim 3.
以上になったとき、補助蒸気を蒸気タービン低圧部に供
給するようにしたことを特徴とする、請求項１記載の一
軸型コンバインドサイクルプラント。7. The single-shaft combined cycle according to claim 1, wherein auxiliary steam is supplied to the low pressure part of the steam turbine when the number of rotations of the steam turbine exceeds a predetermined value at the time of start-up. plant.
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